一種dbd激發源、dbd-aes系統及其檢測分析方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于原子發射光譜檢測設備和分析技術領域，特別涉及一種液體進樣的DBD激發源、DBD-AES系統及其檢測分析方法。
【背景技術】
[0002]介質阻擋放電(DBD)，是一種結構簡單、低能耗，可以在常溫常壓下產生的非平衡態等離子體。關于DBD等離子體的特性研究已有報道，一般認為，當擊穿電壓超過Pachen擊穿電壓時，電極間的氣體會被擊穿，產生藍紫色的光。DBD放電過程中，產生了大量自由基和準分子，它們的化學性質十分活躍，可以為分析物中的待測物質提供能量，使其原子化或由基態原子激發到更高的激發態，產生光譜信號。在原子光譜分析中，DBD可以用在激發源、原子化器、誘導化學蒸氣發生等方面。
[0003]DBD-AES系統全稱為介質阻擋放電等離子體原子發射光譜，DBD等離子體在原子發射光譜中的應用主要包括兩部分，氣體進樣AES分析和液體進樣AES分析。
[0004]氣體進樣AES分析，由于溶液(霧化)進樣的方式會消耗DBD等離子體的能量，甚至猝滅等離子體，為了避免這些問題，一般采用蒸氣發生的方式進樣。對于DBD-AES系統來說，采用蒸氣發生的進樣方式，能夠將待測元素以揮發物或半揮發物的形式從溶液中分離出來，避免樣品基體干擾，減少等離子體能量消耗，提高靈敏度。然而，蒸氣發生的主要方式一一氫化物發生會產生大量的氫氣和水蒸氣，易引起DBD等離子體猝滅;其他的蒸氣發生方式或者應用元素范圍有限，蒸氣發生效率低，速度慢，產物不穩定，或者氣體發生條件較為苛刻。DBD-AES系統的測量范圍被大大地局限了。
[0005]相對于氣體進樣，液體進樣的AES分析對液體中金屬元素的激發更為困難。這需要更高的等離子體激發能力，也需要注意溶劑的基體干擾和樣品對等離子體的干擾。2010年，Tombrink等為DBD-AES液體分析方面做了大量的研究工作，建立了液體電極介質阻擋放電裝置;2012年，He等報道了一種液膜產生原子發射光譜的DBD裝置;但是這些裝置和方法的缺陷是分析速度慢，靈敏度低，待測元素的檢出限達不到日常檢測的需要。

【發明內容】

[0006]本發明針對現有技術中DBD-AES系統液體進樣存在的問題，提供了一種DBD激發源、DBD-AES系統及其檢測分析方法。該系統的激發源采用開放型DBD等離子體和液體進樣方式，可以保證在DBD等離子體穩定放電的同時，直接引入液體樣品，產生靈敏的發射光譜信號，對待測物進行定量分析;該系統進樣流速快、檢測頻率高，大大提高了分析效率，節省了檢測時間。
[0007]本發明的技術方案之一為，一種DBD激發源，為開放式等離子體激發源，由電極一、電極二和供電系統組成，兩個電極通過導線分別連接到供電系統的兩極；
[0008]電極一為附在石英片上的導電金屬片；
[0009]電極二由霧化器和包裹在霧化器出口側壁上的導電金屬箔片組成；
[0010]霧化器出口垂直朝向電極一，在電極一和電極二的霧化器出口之間形成放電區域；
[0011]其中，一根導線連接在電極一的導電金屬片上，另一根導線纏繞在電極二的導電金屬箔片外；
[0012]所述霧化器為由內管和外管組成的套管，內外管不連通；內管設有樣品入口和樣品出口，外管設有載氣入口和載氣出口，且樣品出口與載氣出口位置同心，載氣在載氣出口將樣品出口處輸出的溶液霧化分散成液體小顆粒；
[0013]電極一的導電金屬片的金屬為鎢、鉑等；
[0014]電極二的導電金屬箔片的金屬為鋁、金、鎢、鉑等；
[0015]較好的，供電系統為電壓3?4kV，頻率35?45kHz的交流電源；
[0016]霧化器為石英材料；
[0017]霧化器出口處外壁厚度為0.I?0.4mm;樣品出口內徑為0.3?0.6mm，載氣出口內徑為0.6?0.9mm；
[0018]金屬箔片厚度為0.01?0.5mm;
[0019]霧化器出口到電極一之間的距離為0.2?1000mm;
[0020]更好的，在電極一的石英片上設置另外一片石英片作為側石英片，二者的夾角為45?90°，設置側石英片的目的是避免樣品被激發時產生的水霧污染透鏡，影響檢測器的觀察效果。
[0021]當霧化器有載氣(氦氣、氬氣等)通過時，在電極兩端施加供電系統提供的3?4kV高頻交流電壓，此時在放電區域內有穩定的由載氣形成的介質阻擋放電等離子體產生;而且載氣在霧化器出口處即放電區域內將液體樣品霧化分散成液體小顆粒；因此，可將該介質阻擋放電等離子體作為激發源，激發分散的液體小顆粒，產生待測物的發射光譜信號。
[0022]本發明的技術方案之二為，一種DBD-AES系統，由上述的DBD激發源，順序注射系統，載氣瓶和CO)(Charge-Coupled Device，電荷親合器)檢測器組成；
[0023]其中，順序注射系統與DBD激發源霧化器的樣品入口連接，用于將液體樣品輸入霧化器；
[0024]載氣瓶與DBD激發源霧化器的載氣入口連接，用于將載氣輸入霧化器；
[0025]CCD位于電極放電區域的側邊，用于觀測待測物的發射光譜信號;較好的，CCD帶有可讀取的信號存儲系統，或者CCD連接有電子計算機；
[0026]上述系統在可檢測范圍內的載氣流速為O?800mL/min;液體流速為O?120yL/s;采樣頻率為O?80次/h;
[0027]上述系統可測定的金屬元素為Cd，Zn，Hg，Pb等。
[0028]本發明的技術方案之三為，利用上述DBD-AES系統的分析檢測方法，包括如下步驟:
[0029]I)開啟載氣至流速穩定，使載氣由霧化器出口處持續噴出，開啟供電系統，DBD激發源在放電區域可持續產生DBD等離子體；
[0030]2)待等離子體穩定激發后開始進樣;通過順序注射系統將液體樣品通入霧化器，在霧化器出口處由載氣霧化分散成液體小顆粒，同時液體小顆粒進入到DBD等離子體激發源的放電區域中由DBD等離子體激發，產生特征發射光譜；[0031 ] 3)利用C⑶捕捉特征發射光譜，并記錄數據；
[0032]4)實驗完成后，清洗順序注射系統及霧化器，準備進行下一次進樣；
[0033]上述方法中，載氣流速為I?800mL/min ；液體流速為I?120yL/s ；采樣頻率為O?80 次/h。
[0034]與現有技術相比，本發明的優勢在于:
[0035]1、本發明是開放型DBD發射光譜激發源，可以保證DBD等離子體在空氣中穩定放電，解決了一般封閉式激發源樣品在激發室中的殘留及多次激發，無法定量分析的問題；
[0036]2、本系統可以直接將液體樣品引入激發源中，不需要對特定元素進行蒸氣發生，可無差別地實現多種元素的分析測定；
[0037]3、本發明的樣品流速較快、檢測頻率高，大大提高了分析效率，節省了檢測時間。
【附圖說明】
[0038]圖1、本發明電極一結構不意圖；
[0039]圖2、本發明電極二結構示意圖；
[0040]圖3、本發明霧化器出口示意圖；
[0041 ] 圖4、本發明一種DBD-AES系統示意圖；
[0042]圖5、本發明DBD激發源的實物圖；
[0043]其中，1、電極一，2、電極二，3、供電系統，4、石英片，5、導電金屬片，6、霧化器，7、金屬箔片，8、導線，9、載氣入口，10、樣品入口，11、載氣出口，12、樣品出口，13、霧化器出口，14、側石英片，15、順序注射系統，16、載氣瓶，17、CXD檢測器，18、電極放電區域。
【具體實施方式】
[0044]CCD型號為AVANTES公司的 AvaSpec-ULS2048-4-USB2;
[0045]順序注射系統購自于FIAlabInstruments Inc.;
[0046]載氣為氦氣。
[0047]實施例1
[0048]一種DBD激發源，如圖1、2、3和4所示，為開放式等離子體激發源，由電極一1、電極二2和供電系統3組成，電極一I為附在石英片4上的導電金屬片(鎢片)5，電極二2由霧化器6和包裹在霧化器出口 13側壁上的金屬箔片(鋁箔片)7組成，金箔片也可以為鎢、鉑箔片，霧化器出口 13垂直朝向電極一I，在電極一I和霧化器出口 13之間形成放電區域18，兩個電極通過導線8分別連接到供電系統3的兩極；
[0049]其中，一根導線8連接在電極一I的鉑片5上，另一根導線8纏繞在電極二2的金屬箔片(招猜片)7外；
[0050]所述霧化器6為由內管和外管組成的套管，內外管不連通；內管設有樣品入口10和樣品出口 12，外管設有載氣入口 9和載氣出口 11，且樣品出口 12與載氣出口 11位置同心，載氣在載氣出口 11將樣品出口 12處輸出的溶液霧化分散成液體小顆粒；
[0051 ]霧化器6為石英材料;霧化器出口 13外壁厚度為0.2mm;樣品出口內徑為0.4mm，載氣出口內徑為0.7mm;招箔片7厚度為0.01?0.5mm;
[0052]供電系統3為電壓3?4kV，頻率35?45kHz的交流電源；
[0053]霧化器出口 13到電極一之間的距離為0.2mm;
[0054]在電極一I的石英片4上放置另外一片